Estrazione dell'astaxantina a ultrasuoni per rese più elevate
- L'astaxantina è un antiossidante molto potente utilizzato nei prodotti farmaceutici e negli integratori alimentari.
- Per produrre astaxantina di alta qualità da fonti naturali come le alghe, è necessaria una tecnica di estrazione ad alte prestazioni.
- L'estrazione a ultrasuoni è un trattamento meccanico che fornisce elevate rese di astaxantina in un tempo di estrazione molto breve.
Sonicatori ad alte prestazioni per estratti di astaxantina di alta qualità
L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione ad alte prestazioni che utilizza onde ultrasoniche intense per estrarre l'astaxantina da fonti naturali, come microalghe, krill o crostacei. L'astaxantina è un pigmento carotenoide presente in natura, noto per le sue potenti proprietà antiossidanti e per i vari benefici per la salute. Viene comunemente utilizzata come integratore alimentare e colorante alimentare. Scoprite come la sonicazione aiuta a migliorare il processo di estrazione dell'astaxantina!
MultiSonoReactor per una migliore estrazione dell'astaxantina con ultrasuoni ad alta potenza
Estrazione a ultrasuoni dell'astaxantina dalle microalghe
L'astaxantina per gli integratori alimentari, che vengono consumati da uomini e animali per i loro benefici per la salute, viene ottenuta dai frutti di mare o estratta dall'alga H. pluvialis. L'Haematococcus pluvialis è una microalga verde che produce un elevato contenuto di astaxantina in presenza di condizioni di stress, quali salinità elevata, carenza di azoto, temperatura elevata e luce. Con un contenuto di astaxantina fino a 9,2 mg/g per cellula algale (= fino al 3,8% sul peso secco di H. pluvialis), l'Haematococcus pluvialis accumula un contenuto molto elevato di astaxantina naturale ed è quindi l'organismo preferito per la produzione di astaxantina.
Per rilasciare l'astaxantina dalle microalghe verdi, le cellule delle alghe devono essere disgregate. L'ultrasuonoterapia è ben consolidata per la rottura delle cellule, la lisi e l'isolamento di composti bioattivi come lipidi, antiossidanti, polifenoli e pigmenti naturali. Gli ultrasuoni ad alte prestazioni creano forze puramente meccaniche che rompono le pareti cellulari mediante forze di taglio e provocano il rilascio di sostanze bioattive come l'astaxantina.
Estrazione a ultrasuoni dell'astaxantina dal lievito
La Phaffia rhodozyma è un lievito ricco di astaxantina. Tuttavia, la spessa parete cellulare di P. rhodozyma, composta principalmente da glucano e responsabile della rigidità cellulare, rende la rottura delle cellule e l'isolamento dell'astaxantina un compito impegnativo. I ricercatori (Gogate et al. 2015) hanno scoperto che l'estrazione a ultrasuoni in combinazione con l'acido lattico intensifica la disgregazione cellulare e rende l'estrazione di astaxantina da P. rhodozyma un processo più ecologico e rispettoso dell'ambiente. Hanno utilizzato l'acido lattico come mezzo per la disgregazione e l'etanolo come solvente per l'estrazione. La resa massima di astaxantina (90%) è stata ottenuta con l'approccio di estrazione assistita da ultrasuoni basato sull'uso di acido lattico 3 M e un tempo di disgregazione di 15 minuti. Potenti estrattori a ultrasuoni come l'UIP4000hd (4kW, vedi foto a sinistra) in combinazione con un reattore a flusso continuo pressurizzabile consentono di generare una cavitazione molto intensa. Le forze di taglio cavitazionali rompono le pareti cellulari del lievito e favoriscono il trasferimento di massa tra l'interno della cellula e il solvente.
- Rendimento superiore
- Estrazione ad alta velocità – entro pochi minuti
- Estratti di alta qualità – Lieve, non termico
- Solventi verdi (ad es. acqua/etanolo)
- Economicamente vantaggioso
- funzionamento facile e sicuro
- Bassi costi di investimento e operativi
- Funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di impiego gravose
- Metodo verde ed ecologico
Estrazione dell'astaxantina a ultrasuoni – in modalità batch o flusso continuo
L'astaxantina è un composto lipofilo e può essere disciolta in solventi (ad esempio etanolo al 48,0% in acetato di etile) e oli (ad esempio olio di semi di soia).
Lotto: I processi di estrazione a ultrasuoni possono essere utilizzati come semplici processi batch o come trattamento in linea, in cui il fluido viene alimentato continuamente attraverso un reattore a flusso continuo di ultrasuoni.
Il trattamento in lotti è una procedura semplice, in cui l'estrazione viene eseguita lotto per lotto. Hielscher Ultrasonics offre processori a ultrasuoni per lotti piccoli e grandi, da 1 litro a 120 litri.
Per l'elaborazione di lotti da 5 a 10 litri, si consiglia di utilizzare il sistema UP400St con il sonotrodo S24d22L2D (vedi foto a sinistra).
Per l'elaborazione di lotti di circa 120L, si consiglia di utilizzare il sistema Sonicator UIP2000hdT con sonotrodo RS4d40L4.
Flusso di notizie: Per volumi maggiori e per l'estrazione commerciale su larga scala, un flusso liquido continuo viene alimentato attraverso un reattore a ultrasuoni, dove l'impasto di solventi e piante viene intensamente sonicato.
Per un volume di circa 8L/min., si consiglia di utilizzare il UIP4000hdt con sonotrodo RS4d40L3 e cella a flusso pressurizzabile FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) per l'estrazione in batch su larga scala
Ultrasuonatori ad alte prestazioni per l'estrazione
Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di sonicatori ad alte prestazioni per la produzione di estratti di alta qualità da piante, lieviti e cellule. L'ampia gamma di prodotti di Hielscher Ultrasonics spazia da piccoli e potenti ultrasonici da laboratorio a robusti sistemi da banco e completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l'estrazione e l'isolamento efficiente di componenti bioattivi come astaxantina, quercetina, caffeina, curcumina, terpeni ecc. Tutti i sonicatori digitali da 200W a 16.000W sono dotati di un menu intuitivo con impostazioni programmabili, un display a sfioramento colorato per un utilizzo confortevole, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, un telecomando con browser e molte altre funzioni di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il fluido) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri ultrasuonatori sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da usare.
Un display digitale a colori consente un controllo semplice dell'apparecchiatura a ultrasuoni. I nostri sistemi sono in grado di fornire ampiezze da basse a molto elevate. Per l'estrazione di composti chimici come l'astaxantina, offriamo speciali sonotrodi a ultrasuoni (noti anche come sonde o corni a ultrasuoni) ottimizzati per l'isolamento sensibile di sostanze attive di alta qualità. Hielscher offre sonotrodi speciali per ampiezze elevate in combinazione con celle di flusso pressurizzabili in grado di generare forze di taglio cavitazionali estreme, che distruggono anche cellule di lievito molto robuste. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente di operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con carichi pesanti e in ambienti difficili.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo. I sistemi di estrazione a ultrasuoni Hielscher, automatizzati e su scala industriale, sono progettati per ottenere elevate capacità produttive di estratti di qualità superiore, riducendo al contempo la manodopera, i costi e l'energia.
Contattateci!? Chiedi a noi!
Letteratura/riferimenti
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Particolarità? Cose da sapere
estrazione a ultrasuoni
L'estrazione a ultrasuoni o sono-estrazione si basa sul principio della cavitazione acustica.
Quando si applicano onde ultrasonore intense a sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, ovvero il fenomeno della generazione, della crescita e infine del collasso di bolle di vuoto (vedi foto sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasonore, le bolle di vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono più assorbire energia. Al culmine della crescita delle bolle, esse collassano violentemente, provocando effetti termici, meccanici e chimici a livello locale. Gli effetti meccanici comprendono pressioni elevate fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze distruggono le pareti cellulari e promuovono il trasferimento di massa tra l'interno della cellula e il solvente, rilasciando composti bioattivi nel liquido circostante (cioè il solvente).
La cavitazione acustica, generata da ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza, crea intense forze di taglio e differenziali di pressione e temperatura elevati a livello locale, che forniscono l'impatto necessario per la rottura delle cellule, l'intensa miscelazione e il trasferimento di massa. Queste forze di taglio ultrasoniche sono state applicate con successo per l'estrazione della cannabis.
L'estrazione a ultrasuoni di composti da prodotti botanici e tessuti cellulari è stata ben studiata. L'applicazione di onde ultrasoniche altamente intense favorisce notevolmente i processi di estrazione. Oltre all'intensificazione del processo – che si traduce in rese più elevate e tempi di estrazione più brevi – La degradazione termica e la perdita di costituenti sensibili alla temperatura sono evitate, poiché la sonicazione è un trattamento non termico. Inoltre, l'estrazione a ultrasuoni ha bassi costi di investimento e operativi, riduce l'uso di solventi e/o consente l'uso di solventi più ecologici, il che la rende una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell'ambiente. L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), che supera i metodi di estrazione convenzionali, è stata adottata dall'industria alimentare per produrre composti bioattivi con vantaggi economici.
Le potenti onde a ultrasuoni rompono la matrice cellulare delle strutture biologiche e rilasciano i composti bioattivi. Il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente viene intensificato. Grazie a questi meccanismi, l'estrazione a ultrasuoni è altamente efficiente per l'estrazione della cannabis.
astaxantina
L'astaxantina si distingue per il colore rosso intenso. È un pigmento liposolubile che si trova nelle alghe (ad esempio Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), nel lievito (ad esempio Phaffia rhodozyma), nel salmone, nella trota, nel krill, nei gamberi e nei gamberetti. L'astaxantina è considerata un super-antiossidante, poiché la sua potenza antiossidante è da dieci a venti volte superiore a quella di molti altri carotenoidi, come il beta-carotene, la luteina e la zeaxantina, e cento volte superiore a quella dell'alfa-tocoferolo (vitamina E).
L'astaxantina (3,3′-diidrossi-β, β′-carotene-4,4′-dione) è un cheto-carotenoide e appartiene a una classe più ampia di composti chimici noti come terpeni (come tetraterpenoidi), che sono composti da cinque precursori di carbonio, isopentenil difosfato e dimetilallil difosfato. L'astaxantina è classificata come un tipo di composti carotenoidi con componenti contenenti ossigeno, cioè idrossile (-OH) o chetone (C=O), come la zeaxantina e la cantaxantina. L'astaxantina è un metabolita della zeaxantina e/o della cantaxantina, contenente sia gruppi funzionali idrossilici che chetonici. Come molti carotenoidi, l'astaxantina è un pigmento solubile nei lipidi e si distingue per il suo colore rosso. I carotenoidi, compresa l'astaxantina, sono noti per la loro capacità antiossidante.
L'astaxantina è un pigmento rosso che si origina naturalmente nelle microalghe dell'acqua piovana (Haematococcus pluvialis) e nel lievito Xanthophyllomyces dendrorhous (noto anche come Phaffia rhodozyma). Le alghe sono sottoposte a stress attraverso una o una combinazione di condizioni che vanno dalla mancanza di nutrienti, all'aumento della salinità e all'eccessiva insolazione per creare l'astaxantina. Le specie che consumano queste microalghe d'acqua dolce stressate, come il salmone, la trota rossa, l'orata rossa, il fenicottero, i crostacei (ad esempio gamberi, krill, granchi, aragoste, gamberi), riflettono la pigmentazione delle tonalità rosso-arancio nel loro aspetto.
Come integratore, l'astaxantina viene somministrata per i suoi effetti di promozione della salute e di trattamento delle malattie. L'astaxantina è un nutraceutico consolidato, somministrato per migliorare la salute della pelle (ad esempio, per ridurre le rughe, i danni causati dalle ustioni solari, ecc.)
Inoltre, l'astaxantina riceve sempre più attenzione per il suo uso nel trattamento del morbo di Alzheimer, del morbo di Parkinson, delle malattie cardiovascolari, del colesterolo alto, delle malattie del fegato, della degenerazione maculare legata all'età e della prevenzione del cancro.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.